Einführung in die Programmierung Wintersemester 2017/18 Prof. Dr. Günter Rudolph Lehrstuhl für Algorithm Engineering Fakultät für Informatik TU Dortmund

mit / ohne Rückgabewerte Übergabemechanismen Übergabe eines Wertes Kapitel 5: Funktionen Inhalt Funktionen mit / ohne Parameter mit / ohne Rückgabewerte Übergabemechanismen Übergabe eines Wertes Übergabe einer Referenz Übergabe eines Zeigers Funktionsschablonen (Übergabe von Typen) Programmieren mit Funktionen + Exkurs: Endliche Automaten + static / inline / MAKROS G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 2

Funktionen Wir kennen bisher: Datentypen zur Modellierung von Daten (inkl. Zeiger) Kontrollstrukturen zur Gestaltung des internen Informationsflusses  Damit lassen sich – im Prinzip – alle Programmieraufgaben lösen! Wenn man aber mehrfach das gleiche nur mit verschiedenen Daten tun muss, dann müsste man den gleichen Quellcode mehrfach im Programm stehen haben!  unwirtschaftlich, schlecht wartbar und deshalb fehleranfällig! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 3

Funktionen Funktion in der Mathematik: f: f(x) = sin(x) y = f(0.5) führt zur Berechnung von sin(0.5), Rückgabe des Ergebnisses, Zuweisung des Ergebnisses an Variable y. z = f(0.2) an anderer Stelle führt zur Berechnung von sin(0.2), Zuweisung des Ergebnisses an Variable z. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 4

Funktionen Funktionen in C++ int main() { double x = 0.5, y, z; y = sin(x); z = sin(0.2); std::cout << y << “ “ << z << std::endl; return 0; } Achtung! main() ist Funktion! Nur 1x verwendbar! Die Funktion sin(¢)ist eine Standardfunktion. Standardfunktionen werden vom Hersteller bereitgestellt und sind in Bibliotheken abgelegt. Bereitstellung durch #include – Anweisung: #include <cmath> Programmierer kann eigene, benutzerdefinierte Funktionen schreiben. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 5

Funktionen Welche Arten von Funktionen gibt es? Funktionen ohne Parameter und ohne Rückgabewert: clearscreen(); Funktionen mit Parameter aber ohne Rückgabewert: background(blue); Funktionen ohne Parameter aber mit Rückgabewert: uhrzeit = time(); Funktionen mit Parameter und mit Rückgabewert: y = sin(x); Konstruktionsregeln für Standardfunktionen und benutzerdefinierte Funktionen sind gleich G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 6

Funktionen (a) Funktionen ohne Parameter und ohne Rückgabewert Funktionsdeklaration: void Bezeichner (); Prototyp der Funktion void (= leer) zeigt an, dass kein Wert zurückgegeben wird Name der Funktion Nichts zwischen Klammern  keine Parameter G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 7

Funktionen (a) Funktionen ohne Parameter und ohne Rückgabewert Funktionsdefinition: void Bezeichner () { // Anweisungen } // Beispiel: void zeichne_sterne() { int k = 10; while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; } Achtung: Variable, die in einer Funktion definiert werden, sind nur innerhalb der Funktion gültig. Nach Verlassen der Funktion sind diese Variablen ungültig! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 8

Funktionen (a) Funktionen ohne Parameter und ohne Rückgabewert Funktionsaufruf: Bezeichner (); Achtung: Die Funktionsdefinition muss vor dem 1. Funktionsaufruf stehen! Alternativ: Die Funktionsdeklaration muss vor dem 1. Funktionsaufruf stehen. Dann kann die Funktionsdefinition später, also auch nach dem ersten Funktionsaufruf, erfolgen. // Beispiel: #include <iostream> int main() { zeichne_sterne(); zeichne_sterne(); zeichne_sterne(); return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 9

Funktionen (a) Funktionen ohne Parameter und ohne Rückgabewert // Komplettes Beispiel: bsp1.exe #include <iostream> void zeichne_sterne() { int k = 10; while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; } int main() { zeichne_sterne(); zeichne_sterne(); zeichne_sterne(); return 0; Zuerst Funktionsdefinition. Dann Funktionsaufrufe. Ausgabe: G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 10

Funktionen (a) Funktionen ohne Parameter und ohne Rückgabewert // Komplettes Beispiel: bsp1a.exe #include <iostream> void zeichne_sterne(); int main() { zeichne_sterne(); zeichne_sterne(); zeichne_sterne(); return 0; } void zeichne_sterne() { int k = 10; while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; Zuerst Funktionsdeklaration. Dann Funktionsaufrufe. Später Funktionsdefinition. Ausgabe: G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 11

Funktionen (b) Funktionen mit Parameter aber ohne Rückgabewert Funktionsdeklaration: void Bezeichner (Datentyp Bezeichner); void (= leer) zeigt an, dass kein Wert zurückgegeben wird Name der Funktion Datentyp des Parameters Name des Parameters G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 12

Funktionen (b) Funktionen mit Parameter aber ohne Rückgabewert Funktionsdefinition: void Bezeichner (Datentyp Bezeichner) { // Anweisungen } // Beispiel: void zeichne_sterne(int k) { while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 13

Funktionen (b) Funktionen mit Parameter aber ohne Rückgabewert Funktionsaufruf: Bezeichner (Parameter); // Beispiel: #include <iostream> int main() { zeichne_sterne(10); zeichne_sterne( 2); zeichne_sterne( 5); return 0; } Achtung: Parameter muss dem Datentyp entsprechen, der in Funktions-deklaration bzw. Funktions-definition angegeben ist. Hier: int Kann Konstante oder Variable sein. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 14

Funktionen (b) Funktionen mit Parameter aber ohne Rückgabewert // Komplettes Beispiel: bsp2.exe #include <iostream> void zeichne_sterne(int k) { while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; } int main() { zeichne_sterne(10); zeichne_sterne(2); zeichne_sterne(7); return 0; Ausgabe: G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 15

Funktionen Wie wird die Parameterübergabe technisch realisiert? Ablagefach 10 1 3 2 4 5 int main() { zeichne_sterne(10); return 0; } void zeichne_sterne(int k) { while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; } bei Aufruf zeichne_sterne(10) wird Parameter 10 ins Ablagefach gelegt der Rechner springt an die Stelle, wo Funktionsanweisungen anfangen der Wert 10 wird aus dem Ablagefach geholt und k zugewiesen die Funktionsanweisungen werden ausgeführt nach Beendigung der Funktionsanweisungen Rücksprung hinter Aufruf G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 16

Funktionen (b) Funktionen mit Parameter aber ohne Rückgabewert // Komplettes Beispiel: bsp2a.exe #include <iostream> void zeichne_sterne(int k) { while (k--) std::cout << ‘*‘; std::cout << std::endl; } int main() { int i; for (i = 10; i > 0; i--) zeichne_sterne(i); return 0; } Ausgabe: G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 17

u.s.w. für mehr als 2 Parameter Funktionen (b) Funktionen mit Parametern aber ohne Rückgabewert Funktionsdeklaration: void Bezeichner (Datentyp1 Bezeichner1, Datentyp2 Bezeichner2); void (= leer) zeigt an, dass kein Wert zurückgegeben wird Name der Funktion Datentyp des 1. Parameters Name des 1. Parameters Datentyp des 2. Parameters Name des 2. Parameters u.s.w. für mehr als 2 Parameter G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 18

Funktionen (b) Funktionen mit Parametern aber ohne Rückgabewert Funktionsdefinition: void Bezeichner (Datentyp1 Bezeichner1, Datentyp2 Bezeichner2) { // Anweisungen } // Beispiel: void zeichne_zeichen(int k, char c) { // zeichne k Zeichen der Sorte c while (k--) std::cout << c; std::cout << std::endl; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 19

Funktionen (b) Funktionen mit Parametern aber ohne Rückgabewert Funktionsaufruf: Bezeichner (Parameter1, Parameter2); Natürlich: Bei mehr als 2 Parametern wird die Parameterliste länger! // Beispiel: #include <iostream> int main() { zeichne_zeichen(10,‘*‘); zeichne_zeichen( 2,‘A‘); zeichne_zeichen( 5,‘0‘); return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 20

Funktionen (b) Funktionen mit Parametern aber ohne Rückgabewert // Komplettes Beispiel: Bsp2b.exe #include <iostream> void zeichne_zeichen(int k, char c) { // zeichne k Zeichen der Sorte c while (k--) std::cout << c; std::cout << std::endl; } int main() { zeichne_zeichen(10,‘*‘); zeichne_zeichen( 2,‘A‘); zeichne_zeichen( 5,‘0‘); return 0; Ausgabe: G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 21

Funktionen (b) Funktionen mit Parametern aber ohne Rückgabewert // Komplettes Beispiel: Bsp2c.exe #include <iostream> void zeichne_zeichen(int k, char c) { // zeichne k Zeichen der Sorte c while (k--) std::cout << c; std::cout << std::endl; } int main() { int i; for (i = 0; i < 26; i++) zeichne_zeichen(i + 1,‘A‘ + i); return 0; Ausgabe: G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 22

Funktionen (c) Funktionen ohne Parameter aber mit Rückgabewert Funktionsdeklaration: Datentyp Bezeichner (); Datentyp des Wertes, der zurückgegeben wird Name der Funktion Nichts zwischen Klammern  keine Parameter G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 23

Funktionen (c) Funktionen ohne Parameter aber mit Rückgabewert Funktionsdefinition: Datentyp Bezeichner () { // Anweisungen return Rückgabewert; } Achtung! Datentyp des Rückgabewertes muss mit dem in der Funktionsdefinition angegebenen Datentyp übereinstimmen. // Beispiel: bool Fortsetzen() { char c; do { cout << "Fortsetzen (j/n)? "; cin >> c; } while (c != 'j' && c != 'n'); return (c == 'j'); } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 24

Funktionen (c) Funktionen ohne Parameter aber mit Rückgabewert Funktionsaufruf: Variable = Bezeichner (); oder: Rückgabewert ohne Speicherung verwerten // Beispiel: #include <iostream> int main() { int i = 0; do { zeichne_zeichen(i + 1, 'A' + i); i = (i + 1) % 5; } while (fortsetzen()); return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 25

Funktionen (c) Funktionen ohne Parameter aber mit Rückgabewert // Komplettes Beispiel: bsp3.exe #include <iostream> void zeichne_zeichen(int k, char c) { while (k--) std::cout << c; std::cout << std::endl; } bool fortsetzen() { char c; do { std::cout << "Fortsetzen (j/n)? "; std::cin >> c; } while (c != 'j' && c != 'n'); return (c == 'j'); } int main() { int i = 0; zeichne_zeichen(i + 1, 'A' + i); i = (i + 1) % 5; } while (fortsetzen()); return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 26

Funktionen Wie wird die Funktionswertrückgabe realisiert? int main() { char z = hole_zeichen(); std::cout << z << std::endl; return 0; } 5 3 2 4 1 char hole_zeichen() { char c; std::cin >> c; return c; } ‘n‘ Ablagefach Rechner springt bei Aufruf hole_zeichen() zu den Funktionsanweisungen Die Funktionsanweisungen werden ausgeführt Bei return c wird der aktuelle Wert von c ins Ablagefach gelegt Rücksprung zur aufrufenden Stelle Der zuzuweisende Wert wird aus dem Ablagefach geholt und zugewiesen G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 27

Funktionen (d) Funktionen mit Parameter und mit Rückgabewert Funktionsdeklaration: Datentyp Bezeichner (Datentyp Bezeichner); Datentyp des Wertes, der zurückgegeben wird Name der Funktion Datentyp des Parameters Name des Parameters G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 28

Funktionen (d) Funktionen mit Parameter und mit Rückgabewert Funktionsdefinition: Datentyp Bezeichner (Datentyp Bezeichner){ // Anweisungen return Rückgabewert; } // Beispiel: double polynom(double x) { return 3 * x * x * x – 2 * x * x + x – 1; } Offensichtlich wird hier für einen Eingabewert x das Polynom berechnet und dessen Wert per return zurückgeliefert. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 29

Funktionen (d) Funktionen mit Parameter und mit Rückgabewert Funktionsaufruf: Variable = Bezeichner (Parameter); oder: Rückgabewert ohne Speicherung verwerten // Beispiel: #include <iostream> #using namespace std; int main() { double x; for (x = -1.0; x <= 1.0; x += 0.1) cout << “p(“ << x << “)= “ << polynom(x) << endl; return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 30

Funktionen (d) Funktionen mit Parameter und mit Rückgabewert // Komplettes Beispiel: Bsp4.exe #include <iostream> #using namespace std; double polynom(double x) { return 3 * x * x * x – 2 * x * x + x – 1; } int main() { double x; for (x = -1.0; x <= 1.0; x += 0.1) cout << “p(“ << x << “)= “ << polynom(x) << endl; return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 31

Funktionen Wir kennen bisher: Funktionen mit/ohne Parameter sowie mit/ohne Rückgabewert: Parameter und Rückgabewerte kamen als Kopie ins Ablagefach (Stack) Funktion holt Kopie des Parameters aus dem Ablagefach Wertzuweisung an neue, nur lokale gültige Variable Rückgabewert der Funktion kommt als Kopie ins Ablagefach Beim Verlassen der Funktion werden lokal gültige Variable ungültig Rücksprung zum Funktionsaufruf und Abholen des Rückgabewertes aus dem Ablagefach Ablagefach int square(int x) { int z = x * x; return z; } s = square(a); G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 32

Funktionen Übergabe eines Wertes: double x = 0.123, a = 2.71, b = .35, z; z = sin(0.717); // Konstante z = cos(x); // Variable z = sqrt(3 * a + 4 * b); // Ausdruck, der Wert ergibt z = cos( sqrt( x ) ); // Argument ist Fkt., // die Wert ergibt z = exp(b * log( a ) ); // Argument ist Ausdruck aus Fkt. // und Variable, der Wert ergibt Wert kann Konstante, Variable und wertrückgebende Funktion sowie eine Kombination daraus in einem Ausdruck sein! Bevor Kopie des Wertes ins Ablagefach kommt, wird Argument ausgewertet! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 33

Funktionen Übergabe eines Wertes: struct KundeT { char name[20]; int knr; double umsatz; }; enum StatusT { gut, mittel, schlecht }; StatusT KundenStatus(KundeT kunde) { if (kunde.umsatz > 100000.0) return gut; if (kunde.umsatz < 20000.0) return schlecht; return mittel; } Übergabe und Rückgabe als Wert funktioniert mit allen Datentypen … Ausnahme: Array! später! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 34

Funktionen Übergabe eines Wertes: void tausche_w(int a, int b) { int h = a; a = b; b = h; cout << “Fkt.: “ << a << “ “ << b << endl; } int main() { int a = 3, b = 11; cout << “main: “ << a << “ “ << b << endl; tausche_w(a, b); cout << “main: “ << a << “ “ << b << endl; } Ausgabe: main: 3 11 Fkt.: 11 3 main: 3 11  funktioniert so nicht, da Übergabe von Kopien! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 35

Funktionen Übergabe eines Zeigers: (als Wert) void tausche_p(int* pu, int* pv) { int h = *pu; *pu = *pv; *pv = h; std::cout << “Fkt.: “ << *pu << “ “ << *pv << std::endl; } int main() { int a = 3, b = 11; std::cout << “main: “ << a << “ “ << b << std::endl; tausche_p(&a, &b); std::cout << “main: “ << a << “ “ << b << std::endl; } Ausgabe: main: 3 11 Fkt.: 11 3 main: 11 3  funktioniert, da Übergabe von Zeigern! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 36

Funktionen Übergabe eines Zeigers: Man übergibt einen Zeiger auf ein Objekt (als Wert). // Beispiel: void square(int* px) { int y = *px * *px; *px = y; } int main() { int a = 5; square(&a); cout << a << ‘\n‘; return 0; } int main() { int a = 5, *pa; pa = &a; square(pa); cout << a << ‘\n‘; return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 37

Funktionen Übergabe eines Zeigers Funktionsaufruf: Funktionsname(&Variablenname) ; Variable = Funktionsname(&Variablenname) ; int x = 5; square(&x); oder: Funktionsname(Zeiger-auf-Variable) ; Variable = Funktionsname(Zeiger-auf-Variable) ; int x = 5, *px; px = &x; square(px); Achtung! Im Argument dürfen nur solche zusammengesetzten Ausdrücke stehen, die legale Zeigerarithmetik darstellen: z.B. (px + 4) G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 38

Funktionen Zeigerparameter void reset(int *ip) { *ip = 0; // ändert Wert des Objektes, auf den ip zeigt ip = 0; // ändert lokalen Wert von ip, Argument unverändert } int main() { int i = 10; int *p = &i; cout << &i << “: “ << *p << endl; reset(p); cout << &i << “: “ << *p << endl; return 0; } Ausgabe: 0012FEDC: 10 0012FEDC: 0 Also: Zeiger werden als Kopie übergeben (als Wert) G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 39

Rückgabe eines Zeigers Funktionen struct KontoT { char Name[20]; float Saldo; }; Rückgabe eines Zeigers KontoT const* reicher(KontoT const* k1, KontoT const* k2) { if (k1->Saldo > k2->Saldo) return k1; return k2; } // ... KontoT anton = {“Anton“, 64.0 }, berta = {“Berta“, 100.0}; cout << reicher(&anton, &berta)->Name << “ hat mehr Geld.\n“; Ausgabe: Berta hat mehr Geld. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 40

Rückgabe eines Zeigers Funktionen Rückgabe eines Zeigers ACHTUNG: Niemals Zeiger auf lokales Objekt zurückgeben! KontoT const* verdoppeln(KontoT const* konto) { KontoT lokalesKonto = *konto; lokalesKonto.Saldo += konto->Saldo; return &lokalesKonto; } Gute Compiler sollten warnen! ) nach Verlassen der Funktion wird der Speicher von lokalesKonto freigegeben ) Adresse von lokalesKonto ungültig ) zurückgegebener Zeiger zeigt auf ungültiges Objekt ) kann funktionieren, muss aber nicht ) undefiniertes Verhalten! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 41

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) Referenz einer Variablen = Kopie der Adresse einer Variablen = 2. Name der Variable void square(int& x) { int y = x * x; x = y; } int main() { int a = 5; square(a); cout << a << “\n“; return 0; Adresse Speicher 27500 5 Name Adresse a 27500 x 27500 Ausgabe: 25 G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 42

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) Bauplan der Funktionsdeklaration: void Funktionsname(Datentyp& Variablenname); Datentyp Funktionsname(Datentyp& Variablenname); zeigt Übergabe per Referenz an; erscheint nur im Prototypen! // Beispiele: void square(int& x); bool wurzel(double& radikant); Durch Übergabe einer Referenz kann man den Wert der referenzierten Variable dauerhaft verändern! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 43

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) Bauplan der Funktionsdefinition: void Funktionsname(Datentyp& Variablenname) { // Anweisungen } Datentyp Funktionsname(Datentyp& Variablenname) { // Anweisungen return Rückgabewert; } // Beispiel: void square(int& x) { int y = x * x; x = y; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 44

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) Funktionsaufruf: Funktionsname(Variablenname) ; Variable = Funktionsname(Variablenname) ; // Beispiel: int x = 5; square(x); Achtung: Beim Funktionsaufruf kein &-Operator! Da Adresse geholt wird, muss Argument eine Variable sein! → Im obigen Beispiel würde square(5); zu einem Compilerfehler führen! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 45

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) void tausche_r(int& u, int& v) { int h = u; u = v; v = h; std::cout << “Fkt.: “ << u << “ “ << v << std::endl; } int main() { int a = 3, b = 11; std::cout << “main: “ << a << “ “ << b << std::endl; tausche_r(a, b); std::cout << “main: “ << a << “ “ << b << std::endl; } Ausgabe: main: 3 11 Fkt.: 11 3 main: 11 3  funktioniert, da Übergabe von Referenzen! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 46

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) Möglicher Verwendungszweck: mehr als nur einen Rückgabewert! Bsp: Bestimmung reeller Lösungen der Gleichung x2 + px + q = 0. Anzahl der Lösungen abhängig vom Radikand r = (p/2)2 – q Falls r > 0, dann 2 Lösungen Falls r = 0, dann 1 Lösung Falls r < 0, dann keine Lösung  Wir müssen also zwischen 0 und 2 Werte zurückliefern und die Anzahl der gültigen zurückgegebenen Werte angeben können G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 47

Funktionen Übergabe einer Referenz: (nur in C++, nicht in C) Eine mögliche Lösung mit Referenzen: int Nullstellen(double p, double q, double& x1, double& x2) { double r = p * p / 4 – q; if (r < 0) return 0; // keine Lösung if (r == 0) { x1 = -p / 2; return 1; // 1 Lösung } x1 = -p / 2 – sqrt(r); x2 = -p / 2 + sqrt(r); return 2; // 2 Lösungen } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 48

Rückgabe einer Referenz Funktionen struct KontoT { char Name[20]; float Saldo; }; Rückgabe einer Referenz KontoT const& reicher(KontoT const& k1, KontoT const& k2) { if (k1.Saldo > k2.Saldo) return k1; return k2; } // ... KontoT anton = {“Anton“, 64.0 }, berta = {“Berta“, 100.0}; cout << reicher(anton, berta).Name << “ hat mehr Geld.\n“; Ausgabe: Berta hat mehr Geld. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 49

Rückgabe einer Referenz Funktionen Rückgabe einer Referenz ACHTUNG: Niemals Referenz auf lokales Objekt zurückgeben! KontoT const &verdoppeln(KontoT const &konto) { KontoT lokalesKonto = konto; lokalesKonto.Saldo += konto.Saldo; return lokalesKonto; } Gute Compiler sollten warnen! ) nach Verlassen der Funktion wird der Speicher von lokalesKonto freigegeben ) Adresse von lokalesKonto ungültig ) zurückgegebene Referenz auf Objekt ungültig ) kann funktionieren, muss aber nicht ) undefiniertes Verhalten! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 50

Funktionen Beispiel: KontoT const& reicher(KontoT const& k1, KontoT const& k2) { cout << k1.Saldo << " " << k2.Saldo << endl; if (k1.Saldo > k2.Saldo) return k1; return k2; } KontoT const& verdoppeln(KontoT const& konto) { KontoT lokalesKonto = konto; lokalesKonto.Saldo += konto.Saldo; return lokalesKonto; int main() { KontoT anton = {"Anton", 64.0 }, berta = {"Berta", 100.0}; cout << reicher(anton, berta).Name << " hat mehr Geld.\n"; cout << "Anton: " << verdoppeln(anton).Saldo << endl; cout << reicher(verdoppeln(anton), berta).Name << " hat mehr Geld.\n"; return 0; G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 51

Rückgabe einer Referenz Funktionen Rückgabe einer Referenz Resultat: noch kein Fehler sichtbar ... fataler Fehler ! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 52

Vorsicht! Gefährliche Implementierung! Funktionen Übergabe von Arrays: Zur Erinnerung: Name eines Arrays wird wie Zeiger auf einen festen Speicherplatz behandelt! Schon gesehen: mit Zeigern kann man Originalwerte verändern. Also werden Arrays nicht als Kopien übergeben. void inkrement(int b[]) { int k; for (k = 0; k < 5; k++) b[k]++; } Vorsicht! Gefährliche Implementierung! int main() { int i, a[] = { 2, 4, 6, 8, 10 }; inkrement(a); for (i = 0; i < 5; i++) std::cout << a[i] << “\n“; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 53

Funktionen Übergabe von Arrays: Merke: Ein Array sollte immer mit Bereichsgrenzen übergeben werden! Sonst Gefahr der Bereichsüberschreitung  Inkonsistente Daten oder Speicherverletzung mit Absturz! void inkrement(unsigned int const n, int b[]) { int k; for (k = 0; k < n; k++) b[k]++; } int main() { int i, a[] = { 2, 4, 6, 8, 10 }; inkrement(5, a); for (i = 0; i < 5; i++) cout << a[i] << endl; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 54

Funktionen Programmiertes Unheil: Bereichsüberschreitung beim Array (Beispiel) int main() { int i, b[5] = { 0 }, a[] = { 2, 4, 6, 8, 10 }; inkrement(5, a); for (i = 0; i < 5; i++) cout << a[i] << “ “; cout << endl; for (i = 0; i < 5; i++) cout << b[i] << “ “; cout << endl; inkrement(80, a); for (i = 0; i < 5; i++) cout << a[i] << “ “; cout << endl; for (i = 0; i < 5; i++) cout << b[i] << “ “; cout << endl; return 0; } Bereichs-fehler Ausgabe: 3 5 7 9 11 0 0 0 0 0 4 6 8 10 12 1 1 1 1 1 … auch Laufzeitfehler möglich! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 55

Funktionen Übergabe eines Arrays: Bauplan der Funktionsdefinition: void Funktionsname(Datentyp Arrayname[]) { // Anweisungen } Datentyp Funktionsname(Datentyp Arrayname[]) { // Anweisungen return Rückgabewert; } Achtung! Angabe der eckigen Klammern [] ist zwingend erforderlich! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 56

Funktionen Übergabe eines Arrays Funktionsaufruf: Funktionsname(Arrayname) ; Variable = Funktionsname(Arrayname) ; int a[] = { 1, 2 }; inkrement(2, a); oder: Funktionsname(&Arrayname[0]) ; Variable = Funktionsname(&Arrayname[0]) ; int a[] = { 1, 2 }; inkrement(2, &a[0]); Tatsächlich: Übergabe des Arrays mit Zeigern! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 57

Funktionen Übergabe eines Arrays als Zeiger: void Fkt (Datentyp *Arrayname) { // … } Achtung! Legale Syntax, aber irreführend: Programmier ging davon aus, dass Array ia 10 Elemente hat! Aber: fataler Irrtum! Compiler ignoriert die Größenangabe! void druckeWerte(int const ia[10]) { int i; for (i=0; i < 10; i++) cout << ia[i] << endl; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 58

Funktionen Warum? Übergabe von zweidimensionalen Arrays: Im Prototypen muss die Spaltenkonstante abgegeben werden! void inkrement(const unsigned int zeilen, int b[][4]) { int i, j; for (i = 0; i < zeilen; i++) for (j = 0; j < 4; j++) b[i][j]++; } int main() { int i, j, a[][4] = {{ 2, 4, 6, 8 }, { 9, 7, 5, 3 }}; inkrement(2, a); for (i = 0; i < 2; i++) { for (j = 0; j < 4; j++) cout << a[i][j] << “ “; cout << endl; } } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 59

Funktionen Übergabe von zweidimensionalen Arrays: void inkrement(unsigned int const z, int b[][5]); Mindestanforderung! void inkrement(unsigned int const z, int b[2][5]); oder: Unnötig, wenn immer alle Zeilen bearbeitet werden: Zeilenzahl zur Übersetzungszeit bekannt! Wenn aber manchmal nur die erste Zeile bearbeitet wird, dann könnte das Sinn machen! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 60

Funktionen Übergabe eines zweidimensionalen Arrays Funktionsaufruf: Funktionsname(Arrayname) ; Variable = Funktionsname(Arrayname) ; int a[][2] = {{1,2},{3,4}}; inkrement(2, a); oder: Funktionsname(&Arrayname[0][0]) ; Variable = Funktionsname(&Arrayname[0][0]) ; int a[][2] = {{1,2},{3,4}}; inkrement(2, &a[0][0]); Tatsächlich: Übergabe des Arrays mit Zeigern! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 61

Funktionen Aufgabe: Finde Minimum in einem Array von Typ double Falls Array leer, gebe Null zurück  → später: Ausnahmebehandlung Prototyp, Schnittstelle: double dblmin(unsigned int const n, double a[]); max. Größe des Arrays oder Anzahl Elemente Array vom Typ double Rückgabe: Wert des Minimums G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 62

Funktionen 1. Aufgabe: Finde Minimum in einem Array von Typ double Falls Array leer, gebe Null zurück double dblmin(unsigned int const n, double a[]) { // leeres Array? if (n == 0) return 0.0; // Array hat also mindestens 1 Element! double min = a[0]; int i; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < min) min = a[i]; return min; } Implementierung: // Warum i = 1 ? G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 63

Funktionen double dblmin(unsigned int const n, double a[]) { if (n == 0) return 0.0; double min = a[0]; int i; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < min) min = a[i]; return min; } Test: int main() { double a[] = {20.,18.,19.,16.,17.,10.,12.,9.}; int k; for (k = 0; k <= 8; k++) cout << dblmin(k, a) << endl; return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 64

Funktionen Der „Beweis“ … G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 65

Funktionen Variation der 1. Aufgabe: Finde Minimum in einem Array von Typ short (statt double) Falls Array leer, gebe Null zurück short shtmin(unsigned int const n, short a[]) { // leeres Array? if (n == 0) return 0.0; // Array hat also mindestens 1 Element! short min = a[0]; int i; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < min) min = a[i]; return min; } Implementierung: Beobachtung: Programmtext fast identisch, nur Datentyp verändert auf short G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 66

Funktionen Beobachtung: Programmtext fast identisch, nur Datentyp verändert ) man müsste auch den Datentyp wie einen Parameter übergeben können! Implementierung durch Schablonen: template <typename T> T arrayMin(unsigned int const n, T a[]) { // leeres Array? if (n == 0) return 0.0; // Array hat also mindestens 1 Element! T min = a[0]; int i; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < min) min = a[i]; return min; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 67

Automatische Codegenerierung! Funktionen template <typename T> T arrayMin(unsigned int const n, T a[]) { if (n == 0) return 0.0; T min = a[0]; int i; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < min) min = a[i]; return min; } Test: int main() { double a[] = {20.,18.,19.,16.,17.,10.,12.,9.}; short b[] = {4, 9, 3, 5, 2, 6, 4, 1 }; int k; for (k = 0; k <= 8; k++) { cout << arrayMin<double>(k, a) << “ – “; cout << arrayMin<short>(k, b) << endl; return 0; } Beim Compilieren: Automatische Codegenerierung! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 68

Funktionen Funktionsdeklaration als Schablone: template<typename T> Funktionsdeklaration; Achtung: Datentypen von Parametern und ggf. des Rückgabewertes mit T als Platzhalter! Mehr als ein Typparameter möglich: template<typename T, typename S> Funktionsdeklaration; u.s.w. Auch Konstanten als Parameter möglich: template<typename T, int const i> Funktionsdeklaration; G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 69

Funktionen Funktionsdefinition als Schablone: template<typename T> Funktionsdeklaration { // Anweisungen und ggf. return // ggf. Verwendung von Typ T als Platzhalter }; Achtung: Nicht jeder Typ gleichen Namens wird durch Platzhalter T ersetzt! Man muss darauf achten, für welchen Bezeichner der Datentyp parametrisiert werden soll! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 70

Funktionen 2. Aufgabe: Finde Index des 1. Minimums in einem Array von Typ int. Falls Array leer, gebe -1 zurück. Entwurf mit Implementierung: int imin(unsigned int const n, int a[]) { // leeres Array? if (n == 0) return -1; // Array hat also mindestens 1 Element! int i, imin = 0; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < a[imin]) imin = i; return imin; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 71

Funktionen Variation der 2. Aufgabe: Finde Index des 1. Minimums in einem Array mit numerischen Typ. Falls Array leer, gebe -1 zurück. Implementierung mit Schablonen: template <typename T> int imin(unsigned int const n, T a[]) { // leeres Array? if (n == 0) return -1; // Array hat also mindestens 1 Element! int i, imin = 0; for(i = 1; i < n; i++) if (a[i] < a[imin]) imin = i; return imin; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 72

Funktionen Aufruf einer Funktionsschablone: (hier mit Parameter und Rückgabewert) template<typename T> T Funktionsbezeichner(T Bezeichner) { T result; // Anweisungen return result; } int main() { short s = Funktionsbezeichner<short>(1023); int i = Funktionsbezeichner<int>(1023); float f = Funktionsbezeichner<float>(1023); return 0; } Typparameter kann entfallen, wenn Typ aus Parameter eindeutig erkennbar! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 73

Funktionen Neue Aufgabe: Sortiere Elemente in einem Array vom Typ double. Verändere dabei die Werte im Array. Bsp: 8 44 14 81 12 8 44 14 81 12 min{ 8, 44, 14, 81 } = 8 < 12 ? 12 44 14 81 8 ja → tausche 8 und 12 12 44 14 81 8 min{ 12, 44, 14 } = 12 < 81 ? 81 44 14 12 8 ja → tausche 12 und 81 81 44 14 12 8 min{ 81, 44 } = 44 < 14 ? 81 44 14 12 8 nein → keine Vertauschung 81 44 14 12 8 min{ 81} = 81 < 44 ? 81 44 14 12 8 nein → keine Vertauschung 81 44 14 12 8 fertig! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 74

Funktionen Neue Aufgabe: Sortiere Elemente in einem Array vom Typ double oder int oder … Verändere dabei die Werte im Array. Mögliche Lösung mit Schablonen: template <typename T> void sortiere(unsigned int const n, T a[]) { int i, k; for (k = n – 1; k > 1; k--) { i = imin<T>(k - 1, a); if (a[i] < a[k]) swap<T>(a[i], a[k]); } } template <typename T> void swap(T &a, T &b) { T h = a; a = b; b = h; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 75

Funktionen Wir halten fest: Arrays sind statische Datenbehälter: ihre Größe ist nicht veränderbar! Die Bereichsgrenzen von Arrays sollten an Funktionen übergeben werden, wenn sie nicht zur Übersetzungszeit bekannt sind. Die Programmierung mit Arrays ist unhandlich! Ist ein Relikt aus C. In C++ gibt es handlichere Datenstrukturen! (Kommt bald … Geduld!) Die Aufteilung von komplexen Aufgaben in kleine Teilaufgaben, die dann in parametrisierten Funktionen abgearbeitet werden, erleichtert die Lösung des Gesamtproblems. Beispiel: Sortieren! Funktionen für spezielle kleine Aufgaben sind wieder verwertbar und bei anderen Problemstellungen einsetzbar.  Deshalb gibt es viele Funktionsbibliotheken, die die Programmierung erleichtern! Funktionsschablonen ermöglichen Parametrisierung des Datentyps. Die Funktionen werden bei Bedarf automatisch zur Übersetzungszeit erzeugt. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 76

Funktionen #include <cmath> exp() Exponentialfunktion ex ldexp() Exponent zur Basis 2, also 2x log() natürlicher Logarithmus loge x log10() Logarithmus zur Basis 10, also log10 x pow() Potenz xy sqrt() Quadratwurzel ceil() nächst größere oder gleiche Ganzzahl floor() nächst kleinere oder gleiche Ganzzahl fabs() Betrag einer Fließkommazahl modf() zerlegt Fließkommazahl in Ganzzahlteil und Bruchteil fmod() Modulo-Division für Fließkommazahlen und zahlreiche trigonometrische Funktionen wie sin, cosh, atan G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 77

Funktionen #include <cstdlib> atof() Zeichenkette in Fließkommazahl wandeln atoi() Zeichenkette in Ganzzahl wandeln (ASCII to integer) atol() Zeichenkette in lange Ganzzahl wandeln strtod() Zeichenkette in double wandeln strtol() Zeichenkette in long wandeln rand() Liefert eine Zufallszahl srand() Initialisiert den Zufallszahlengenerator und viele andere … Wofür braucht man diese Funktionen? G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 78

Funktionen Funktion main (→ Hauptprogramm) wir kennen: allgemeiner: int main() { // ... return 0; } int main(int argc, char *argv[]) { // ... return 0; } Anzahl der Elemente Array von Zeichenketten Programmaufruf in der Kommandozeile: D:\> mein_programm 3.14 hallo 8 Alle Parameter werden textuell als Zeichenkette aus der Kommandozeile übergeben! argv[0] argv[1] argv[2] argv[3] argc hat Wert 4 G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 79

Funktionen Funktion main (→ Hauptprogramm) Programmaufruf in der Kommandozeile: D:\> mein_programm 3.14 hallo 8 Alle Parameter werden textuell als Zeichenkette aus der Kommandozeile übergeben! #include <cstdlib> int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 4) { cerr << argv[0] << “: 3 Argumente erwartet!“ << endl; return 1; } double dwert = atof(argv[1]); int iwert = atoi(argv[3]); // ... } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 80

Funktionen #include <cctype> tolower() Umwandlung in Kleinbuchstaben toupper() Umwandlung in Großbuchstaben isalpha() Ist das Zeichen ein Buchstabe? isdigit() Ist das Zeichen eine Ziffer? isxdigit() Ist das Zeichen eine hexadezimale Ziffer? isalnum() Ist das Zeichen ein Buchstabe oder eine Ziffer? iscntrl() Ist das Zeichen ein Steuerzeichen? isprint() Ist das Zeichen druckbar? islower() Ist das Zeichen ein Kleinbuchstabe? isupper() Ist das Zeichen ein Großbuchstabe? isspace() Ist das Zeichen ein Leerzeichen? G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 81

Funktionen Beispiele für nützliche Hilfsfunktionen: Aufgabe: Wandle alle Zeichen einer Zeichenkette in Grossbuchstaben! #include <cctype> char *ToUpper(char *s) { char *t = s; while (*s != 0) *s++ = toupper(*s); return t; } Aufgabe: Ersetze alle nicht druckbaren Zeichen durch ein Leerzeichen. #include <cctype> char *MakePrintable(char *s) { char *t = s; while (*s != 0) *s++ = isprint(*s) ? *s : ‘ ‘; return t; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 82

Funktionen #include <ctime> time() Liefert aktuelle Zeit in Sekunden seit dem 1.1.1970 UTC localtime() wandelt UTC-„Sekundenzeit“ in lokale Zeit (struct) asctime() wandelt Zeit in struct in lesbare Form als char[] und viele weitere mehr … #include <iostream> #include <ctime> int main() { time_t jetzt = time(0); char *uhrzeit = asctime(localtime(&jetzt)); std::cout << uhrzeit << std::endl; return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 83

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs engl. FSM: finite state machine Der DEA ist zentrales Modellierungswerkzeug in der Informatik. Definition Ein deterministischer endlicher Automat ist ein 5-Tupel (S, , , F, s0), wobei S eine endliche Menge von Zuständen,  das endliche Eingabealphabet, : S x  → S die Übergangsfunktion, F eine Menge von Finalzuständen mit F µ S und s0 der Startzustand. ■ Er startet immer im Zustand s0, verarbeitet Eingaben und wechselt dabei seinen Zustand. Er terminiert ordnungsgemäß, wenn Eingabe leer und ein Endzustand aus F erreicht. ) Beschreibung eines Programms! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 84

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs Grafische Darstellung Zustände als Kreise im Kreis der Bezeichner des Zustands (häufig durchnummeriert) 3 Übergänge von einem Zustand zum anderen ist abhängig von der Eingabe. Mögliche Übergänge sind durch Pfeile zwischen den Zuständen dargestellt. Über / unter dem Pfeil steht das Eingabesymbol, das den Übergang auslöst. 3 x 4 5 Endzustände werden durch „Doppelkreise“ dargestellt. G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 85

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs Beispiel: Entwerfe DEA, der arithmetische Ausdrücke ohne Klammern für nichtnegative Ganzzahlen auf Korrektheit prüft. D D 1 2 = op Zustände S = { 0, 1, 2 } Startzustand s0 = 0 Endzustände F = { 2 } Eingabealphabet  = { D, op, = }  D op = 1 -1 2 - -1: Fehlerzustand G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 86

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs Beispiel: Erweiterung: Akzeptiere auch „white space“ zwischen Operanden und Operatoren WS 2 1 D = op 3 Zustände S = { 0, 1, 2, 3 } Startzustand s0 = 0 Endzustände F = { 2 } Eingabealphabet  = { D, op, =, WS }  D op = WS 1 -1 2 3 - G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 87

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs Eingabe: WS 2 1 D = op 3 3+ 4 – 5= Zustand 0, lese D → Zustand 1, lese op → Zustand 0, lese WS → Zustand 0, lese D → Zustand 1, lese WS → Zustand 3, lese op → Zustand 0, lese WS → Zustand 0, lese D → Zustand 1, lese = → Zustand 2 (Endzustand) G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 88

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs Wenn grafisches Modell aufgestellt, dann Umsetzung in ein Programm: - Zustände durchnummeriert: 0, 1, 2, 3 Eingabesymbole: z.B. als enum { D, OP, IS, WS } (IS für =) Übergangsfunktion als Tabelle / Array: int GetState[][4] = { { 1, -1, -1, 0 }, { 1, 0, 2, 3 }, { 2, 2, 2, 2 }, { -1, 0, 2, 3 } }; Array enthält die gesamte Steuerung des Automaten! - Eingabesymbole erkennen u.a. mit: isdigit(), isspace() bool isbinop(char c) { return c == ‘+‘ || c == ‘-‘ || c == ‘*‘ || c == ‘/‘; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 89

Deterministische endliche Automaten (DEA) Exkurs enum TokenT { D, OP, IS, WS, ERR }; bool Akzeptor(char const* input) { int state = 0; while (*input != ‘\0‘ && state != -1) { char s = *input++; TokenT token = ERR; if (isdigit(s)) token = D; if (isbinop(s)) token = OP; if (s == ‘=‘) token = IS; if (isspace(s)) token = WS; state = (token == ERR) ? -1 : GetState[state][token]; } return (state == 2); G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 90

Funktionen Statische Funktionen (in dieser Form: Relikt aus C) sind Funktionen, die nur für Funktionen in derselben Datei sichtbar (aufrufbar) sind! Funktionsdeklaration: static Datentyp Funktionsname(Datentyp Bezeichner); #include <iostream> using namespace std; static void funktion1() { cout << “F1“ << endl; } void funktion2() { funktion1(); cout << “F2“ << endl; } void funktion1(); void funktion2(); int main() { funktion1(); funktion2(); return 0; } Fehler! funktion1 nicht sichtbar! wenn entfernt, dann gelingt Compilierung: g++ *.cpp –o test Datei Funktionen.cpp Datei Haupt.cpp G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 91

Funktionen Inline Funktionen sind Funktionen, deren Anweisungsteile an der Stelle des Aufrufes eingesetzt werden Funktionsdeklaration: inline Datentyp Funktionsname(Datentyp Bezeichner); wird zur Übersetzungszeit ersetzt zu: #include <iostream> using namespace std; inline void funktion() { cout << “inline“ << endl; } int main() { cout << “main“ << endl; funktion(); return 0; } #include <iostream> using namespace std; int main() { cout << “main“ << endl; cout << “inline“ << endl; return 0; } G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 92

Funktionen Inline Funktionen Vorteile: Man behält alle positiven Effekte von Funktionen: Bessere Lesbarkeit / Verständnis des Codes. Verwendung von Funktionen sichert einheitliches Verhalten. Änderungen müssen einmal nur im Funktionsrumpf durchgeführt werden. Funktionen können in anderen Anwendungen wieder verwendet werden. Zusätzlich bekommt man schnelleren Code! (keine Sprünge im Programm, keine Kopien bei Parameterübergaben) Nachteil: Das übersetzte Programm wird größer (benötigt mehr Hauptspeicher) Deshalb: vorangestelltes inline ist nur eine Anfrage an den Compiler! Keine Pflicht! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 93

„Inline-Funktionsartiges“ mit Makros Funktionen „Inline-Funktionsartiges“ mit Makros Da müssen wir etwas ausholen ... #include <iostream> int main() { int x = 1; std::cout << x*x; return 0; } Prä-Compiler Compiler ... ersetzt Makros (beginnen mit #): z.B. lädt Text aus Datei iostream.h #define Makroname Ersetzung Bsp: Makronamen im Programmtext werden vom Prä-Compiler durch ihre Ersetzung ersetzt #define MAX_SIZE 100 #define ASPECT_RATIO 1.653 G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 94

Nach Durchlauf durch den Prä-Compiler Funktionen #define MAX_SIZE 100 void LeseSatz(char *Puffer) { char c = 0; int i = 0; while (i < MAX_SIZE && c != ‘.‘) { cin >> c; *Puffer++ = c; } } Makros ... dieser Art sind Relikt aus C! Nach Durchlauf durch den Prä-Compiler void LeseSatz(char *Puffer) { char c = 0; int i = 0; while (i < 100 && c != ‘.‘) { cin >> c; *Puffer++ = c; } } Tipp: NICHT VERWENDEN! stattdessen: int const max_size = 100; G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 95

„Inline-Funktionsartiges“ mit Makros Funktionen „Inline-Funktionsartiges“ mit Makros #define SQUARE(x) x*x Vorsicht: SQUARE(x+3) x+3*x+3 ergibt: #define SQUARE(x) (x)*(x) SQUARE(x+3) (x+3)*(x+3) ergibt: besser: #define SQUARE(x) ((x)*(x)) SQUARE(x+3) ((x+3)*(x+3)) ergibt: noch besser: auch mehrere Parameter möglich: #define MAX(x, y) ((x)>(y)?(x):(y)) int a = 5; int z = MAX(a+4, a+a); ergibt: int a = 5; int z =((a+4)>(a+a)?(a+4):(a+a)); Nachteil: ein Ausdruck wird 2x ausgewertet! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 96

„Inline-Funktionsartiges“ mit Makros (Relikt aus C) Funktionen „Inline-Funktionsartiges“ mit Makros (Relikt aus C) Beliebiger Unsinn möglich ... // rufe Funktion fkt() mit maximalem Argument auf #define AUFRUF_MIT_MAX(x,y) fkt(MAX(x,y)) „Makros wie diese haben so viele Nachteile, dass schon das Nachdenken über sie nicht zu ertragen ist.“ Scott Meyers: Effektiv C++ programmieren, S. 32, 3. Aufl., 2006. int a = 5, b = 0; AUFRUF_MIT_MAX(++a, b); // a wird 2x inkrementiert AUFRUF_MIT_MAX(++a, b+10); // a wird 1x inkrementiert Tipp: statt funktionsartigen Makros besser richtige inline-Funktionen verwenden! G. Rudolph: Einführung in die Programmierung ▪ WS 2017/18 97